Даные сайта компании "Энергомашвин"

WWW.EMV.RU


1 ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ


1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ), на двигателях напряжением выше 1000 В должны устанавливаться следующие устройства релейной защиты:

- защита от междуфазных коротких замыканий;

- защита от замыканий на землю;

- защита от двойных замыканий на землю;

- защита от перегрузки.

Для синхронных двигателей дополнительно требуется защита от асинхронного режима.

Применяемые для этой цели виды защиты зависят от мощности электродвигателей:

В качестве защиты от междуфазных КЗ при мощности двигателей до 5000 кВт применяется токовая отсечка. Она может применяться и для двигателей большей мощности, не имеющих фазных выводов со стороны нейтрали двигателя. При двигателях большей мощности, а также если токовая отсечка для двигателей меньшей мощности не удовлетворяет требованиям чувствительности, применяется дифференциальная защита при условии, что эти двигатели имеют выводы со стороны нейтрали.

В качестве защиты от замыканий на землю при токах замыкания более 5 А для двигателей мощностью более 2000 кВт, и 10 А для двигателей меньшей мощности, применяется токовая защита нулевой последовательности, действующая на отключение. На линиях, питающих двигатели передвижных механизмов, защита от замыканий на землю, по соображениям электробезопасности, должна действовать на отключение независимо от величины тока замыкания на землю. На блоках трансформатор–двигатель защита от замыканий на землю действует на сигнал. Указанная защита входит в состав всех перечисленных ниже устройств.

В качестве защиты от двойных замыканий на землю применяется токовая защита нулевой последовательности, действующая на отключение. Она применяется в тех случаях, когда защита от замыканий на землю имеет выдержку времени. Ее применение обязательно, если защита от междуфазных КЗ выполняется в двух фазах.

Защита от перегрузки требуется для двигателей, подверженных перегрузке по технологическим причинам, или с особо тяжелыми условиями пуска. Защиту от перегрузки согласно нормам СНГ, можно выполнять с зависимой или независимой выдержкой времени. Защита от перегрузки может действовать на разгрузку механизма по технологическим цепям или сигнал: – 1-я ступень и на отключение – 2-я ступень. Выдержка времени защиты от перегрузки при токе, равном пусковому току двигателя, выполняется большей времени его пуска. Как правило, при таком выполнении защиты двигателя имеется значительный тепловой запас – обычные двигатели по температуре выдерживают не менее двух пусков подряд. Это дает возможность выполнить действие такой защиты от перегрузки на разгрузку механизма.

Таким образом, согласно ПУЭ, на двигателях мощностью менее 5000 кВт можно иметь токовую отсечку, токовую защиту от замыканий на землю, защиту от перегрузки. Такие защиты можно выполнять на реле УЗА-АТ или УЗА-10, выпускаемых компанией “Энергомашвин”. Специально для электродвигателей компания “Энергомашвин” выпускает реле УЗА-10А.2Э которое включает в себя защиту от перегрузки, защиту от несимметричного режима, токовую отсечку и защиту от замыкания на землю.

Существуют специальные защиты от перегрузки с зависимой характеристикой, совпадающей с тепловой, которая определяет тепловое состояние двигателя и позволяет полнее использовать его перегрузочную способность. Параметры этой характеристики зависят от данных самого электродвигателя: системы охлаждения, допустимой температуры для изоляции двигателя, исходной температуры двигателя или помещения. Все эти данные учитывают специальные защиты двигателей (например: MiCOM Р210, P220, Р241 фирмы ALSTOM). Кроме этого, защиты от перегрузки с похожими характеристиками входит в состав реле MiCOM122-123. Недостаток такого принципа – двигатель отключится только после нагрева до предельной температуры, так что она может действовать только на отключение. Поэтому, защиты от перегрузки имеют обычно 2 ступени: ступень с меньшей выдержкой времени действует на разгрузку, с большей – на отключение.

Защита от асинхронного режима для синхронных двигателей может действовать по току перегрузки с независимой выдержкой времени. Для двигателей с ОКЗ более 1 может быть применена защита с зависимой характеристикой. В устройстве MiCOM-241 имеется защита, действующая по величине cos .. Эта защита способна выявить отключение возбуждения и переход двигателя в асинхронный режим без возбуждения. При асинхронном режиме с возбуждением эта защита может не действовать из-за колебаний мощности и периодического возврата измерительного органа. Для того, чтобы она действовала и в этом режиме, требуется уменьшить выдержку времени защиты таким образом, чтобы при асинхронном режиме она успевала срабатывать в зоне пониженного сos .. Режим асинхронного хода сопровождается перегрузкой двигателя, и на него реагируют защиты от перегрузки. Простые токовые защиты могут срабатывать и возвращаться при колебаниях тока. Поэтому защиты от перегрузки в асинхронном режиме должны накапливать выдержку времени. Такой принцип заложен в защиту от перегрузки устройства УЗА-10А.2Э компании “Энергомашвин”. Так же как и ранее, можно ис-пользовать две ступени защиты от перегрузки: ступень с меньшей выдержкой времени действует на ресинхронизацию, с большей на отключение. Поскольку в этом случае невозможно различить режим перегрузки и асинхронный режим, нельзя обеспечить автоматическую ре-синхронизацию. При наличии дежурного персонала на объекте, он может это выявить визуально при срабатывании 1-й сигнальной ступени. Специальные защиты от потери возбуждения имеются в устройствах возбуждения крупных двигателей. Эти устройства целесообразно использовать для автоматической ресинхронизации.

Для двигателей, работающих в блоке с понижающим трансформатором, может быть выполнена общая защита, если она удовлетворяет требованиям к защите как двигателя, так и трансформатора.

Для облегчения условий самозапуска, а также для предотвращения подачи несинхронного напряжения на возбужденные синхронные двигатели или заторможенные механизмы, двигатели должны быть оборудованы защитой минимального напряжения. Эта защита может быть либо индивидуальной, либо групповой. В ряде случаев для ускорения подачи напряжения на шины, или предотвращения подачи напряжения на двигатели автоматикой внешней сети, синхронные двигатели могут быть дополнительно оборудованы защитой по понижению частоты, так как они способны длительно поддерживать напряжение в сети. Устройство защиты двигателя MiCOM P241 имеет в своем составе вышеупомянутые органы понижения напряжения и частоты. Следовательно, при использовании такого реле для защиты двигателя нет необходимости в применении с этой целью специальных реле напряжения.

Кроме перечисленных обязательных для двигателей функций защиты, специальные защиты для двигателей имеют дополнительные функции, использование которых улучшает условия эксплуатации двигателя, тем самым снижая вероятность повреждения и продлевая срок его службы. К ним относятся:

- защита от обрыва фазы;

- ограничение количества пусков;

- запрет пуска по времени прошедшего от предыдущего пуска;

- защита минимального тока или мощности;

- защита от заклинивания или затормаживания ротора.

Специальные устройства защиты двигателей могут работать не только с током и напряжением, но и с датчиками температуры.

У двигателей большой мощности существуют также технологические защиты, которые могут действовать на отключение двигателей при: повышении температуры двигателя, его подшипников, прекращении смазки подшипников, циркуляции воздуха в системе охлаждения. Необ-ходимость этих защит и предъявляемые к ним требования излагаются в заводской документации. Эти защиты подаются на дискретные входы устройства защиты.

Поэтому, для крупных и ответственных двигателей всегда целесообразно использовать специализированные устройства защиты двигателя типов MiCOM Р220, Р241.


1.2 ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КЗ

 

Защита от КЗ между фазами является основной РЗ электродвигателей, и установка ее обязательна во всех случаях. В качестве РЗ электродвигателей мощностью до 5000 кВт от КЗ, согласно ПУЭ, применяется МТЗ (токовая отсечка). Наиболее просто токовая отсечка выполняется с реле прямого действия, встроенными в привод выключателя. Для работы при всех видах междуфазных КЗ отсечка должна выполняться в двух фазах.

Токовая отсечка должна быть отстроена от пускового тока двигателя. В момент включения двигателя появляется бросок тока намагничивания, в 1,6ч1,8 раза превышающий по амплитуде установившийся пусковой ток двигателя. Это бросок учитывается повышенным коэффициентом надежности при отстройке от пускового тока двигателя.

Если ток срабатывания отсечки отстроен от пускового тока электродвигателя, то она надежно отстроена и от тока, который электродвигатель посылает в сеть при внешнем КЗ.

Токовую РЗ электродвигателей мощностью до 2000 кВт ранее выполняли на простой и дешевой однорелейной схеме, включая реле на разность токов двух фаз. Недостатком этой схемы является более низкая чувствительность по сравнению с двухрелейной отсечкой, к двухфазным КЗ между одной из фаз, на которых установлен ТТ, и фазой без ТТ. Ток срабатывания реле отсечки, выполненной по однорелейной схеме, в 3 раз больше, чем в двухрелейной схеме: при выборе уставки учитывался коэффициент схемы при симметричном пусковом режиме.

На электродвигателях мощностью 2000-5000 кВт токовую отсечку необходимо выполнять двухрелейной. Двухрелейную схему отсечки требуется также применять на электродвигателях мощностью до 2000 кВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы при двухфаз-ном КЗ на выводах электродвигателя окажется менее двух (kч < 2). При использовании реле УЗА-АТ или УЗА-10 отсечка выполняется 2–элементной, независимо от мощности двигателя.

На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более должна дополнительно устанавливается продольная дифференциальная РЗ, обеспечивающая более высокую чувствительность к КЗ на выводах и в обмотках (Iсз . Iном). Если токовая отсечка не обладает необходимой чувствительностью, то дифзащита может выполняться и на двигателях меньшей мощности, при условии наличия на двигателе выводов фаз со стороны нейтрали.

Для этого применяются специальные дифференциальные реле, включаемые на комплекты трансформаторов тока, соединенные в неполную звезду на сторонах выводов и нейтрали двигателей. Защита выполняется двухфазной. Могут использоваться реле РНТ-565, ДЗТ-11 или РСТ-15 ЧЭАЗ, MX3DPG3A, MiCOM P631, P632 фирмы ALSTOM.

Поскольку РЗ в двухфазном исполнении не реагирует на двойное замыкание на землю, одно из которых возникает в обмотке электродвигателя на фазе В, в которой отсутствует ТТ, дополнительно устанавливается специальная РЗ от двойных замыканий на землю, которая выполняется токовым реле, подключенным к ТТНП. Эта функция может выполняться защитой от замыкания на землю, если она не имеет выдержки времени.



1.3 ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ


Перегрузка электродвигателей возникает при затянувшемся пуске и самозапуске, из-за перегрузки приводимых механизмов. Перегрузка может возникнуть также при пониженном на-пряжении на выводах двигателя. Для электродвигателя опасны только устойчивые пере-грузки. Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электродвигателя, кратковре-менны и самоликвидируются при достижении нормальной частоты вращения.

Значительное увеличение тока электродвигателя получается также при обрыве фазы, что встречается, например, у электродвигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании одного из них. При номинальной загрузке в зависимости от параметров электродвигателя увеличение тока статора при обрыве фазы будет составлять примерно (1,6ч2,5) Iном. Эта перегрузка носит устойчивый характер. Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой механизма. Основной опасностью сверхтоков является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей, и в первую очередь, обмоток. Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток и снижает срок службы двигателя. Перегрузочная способность электродвигателя определяется характеристикой зависимости между сверхтоком и допускаемым временем его прохождения:


При решении вопроса об установке РЗ от перегрузки и характере ее действия руководствуются условиями работы электродвигателя, имея в виду возможность устойчивой перегрузки его приводного механизма:

а) на электродвигателях механизмов, не подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях циркуляционных, питательных насосов и т. п.) и не имеющих тяжелых условий пуска или самозапуска, РЗ от перегрузки может не устанавливаться; однако, ее установка целесообразна на двигателях объектов, не имеющих постоянного обслуживающего персонала, учитывая опасность перегрузки двигателя при пониженном напряжении питания или неполнофазном режиме;

Рис. 1 - Характеристика зависимости допустимой длительности перегрузки от кратности тока перегрузки

б) на электродвигателях, подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях мельниц, дробилок, багерных насосов и т. п.), а также на электродвигателях, самозапуск которых не обеспечивается, РЗ от перегрузки должна устанавливаться;

в) защита от перегрузки выполняется с действием на отключение в случае, если не обеспечивается самозапуск электродвигателей или с механизма не может быть снята технологическая перегрузка без останова электродвигателя;

г) защита от перегрузки электродвигателя выполняется с действием на разгрузку механизма или сигнал, если технологическая перегрузка может быть снята с механизма автоматически или вручную персоналом без останова механизма, и электродвигатели находятся под наблюдением персонала;

д) на электродвигателях механизмов, могущих иметь как перегрузку, устраняемую при работе механизма, так и перегрузку, устранение которой невозможно без останова механизма, целесообразно предусматривать действие РЗ от сверхтоков с меньшей выдержкой времени на отключение электродвигателя; в тех случаях, когда ответственные электродвигатели собственных нужд электростанций находятся под постоянным наблюдением дежурного персонала, защиту их от перегрузки можно выполнить с действием на сигнал.

 

Защита с тепловым реле


Лучше других могут обеспечить характеристику, приближающуюся к перегрузочной характеристике электродвигателя, тепловые реле, которые реагируют на количество тепла Q, выделенного в сопротивлении его нагревательного элемента. Тепловые реле выполняются на принципе использования различия в коэффициенте линейного расширения различных металлов под влиянием нагревания. Основой такого теплового реле является биметаллическая пластина состоящая из спаянных по всей поверхности металлов а и б с сильно различающимися коэффициентами линейного расширения. При нагревании пластина прогибается в сто-рону металла с меньшим коэффициентом расширения и замыкает контакты реле.

Нагревание пластины осуществляется нагревательным элементом при прохождении по нему тока.

Тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, имеют различные характеристики отдельных экземпляров реле, часто не соответствуют тепловым характеристикам электродвигателей и имеют зависимость от температуры окружающей среды, что приводит к нарушению соответствия тепловых характеристик реле и электродвигателя. Поэтому, тепловые репе применяются в редких случаях, обычно в автоматах 0,4 кВ.


Защита от перегрузки с токовыми реле


Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно применяются МТЗ с использованием реле с ограниченно зависимыми характеристиками типа РТ-80, или МТЗ с независимыми токовыми реле и реле времени.

Преимуществами МТЗ по сравнению с тепловыми являются более простая их эксплуатация и более легкий подбор и регулировка характеристик РЗ. Однако, МТЗ не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за недостаточного времени действия их при малых кратностях тока.

Максимальная токовая РЗ с независимой выдержкой времени в однорелейном исполнении обычно применяется на всех асинхронных электродвигателях собственных нужд тепловых и атомных электростанций, а на промышленных предприятиях - для всех синхронных (когда она совмещена с РЗ от асинхронного режима) и асинхронных электродвигателей, являющихся приводами ответственных механизмов, а также для неответственных асинхронных электродвигателей с временем пуска более 12–13 с.

РЗ от перегрузки с зависимой выдержкой времени лучше согласовываются с тепловой характеристикой двигателя, однако и они недостаточно используют перегрузочную способность двигателей в области малых токов.

Защита от перегрузки с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени может быть выполнена на устройстве УЗА-АТ, и с независимой на устройстве УЗА-10. По вышеприведенным причинам, с цельюобеспечения работы защиты от перегрузки в неполнофазных режимах – для защиты от перегрузки целесообразно использовать двухэлементную максимальную защиту, возложив функцию защиты от коротких замыканий на токовую отсечку. В состав некоторых модификаций УЗ-АТ входит однофазная защита от перегрузки, которую можно использовать в случае, если МТЗ занята для других целей. Учитывая малую выдержку времени однофазной защиты от перегрузки (7–10 с), такую защиту целесообразно использовать только на сигнал. То же самое относится к защите на реле УЗА-10, которая имеет максимальную уставку по времени МТЗ – 5 с. Модификация УЗА-10А.2Э имеет функцию защиты от перегрузки взамен максимальной защиты с максимальной выдержкой времени 20с.

Ток срабатывания защиты от перегрузки устанавливается из условия отстройки от Iном электродвигателя:

Время действия МТЗ от перегрузки t3П должно быть таким, чтобы оно было больше времени пуска электродвигателя tпуск, а у электродвигателей, участвующих в самозапуске, больше времени самозапуска.

Время пуска асинхронных электродвигателей обычно составляет 10–15 с. Поэтому характеристика реле с зависимой характеристикой типа УЗА-АТ должна иметь при пусковом токе время, не меньшее 12–15 с. Выбирается характеристика 3 – крутая. На РЗ от перегрузки с независимой характеристикой выдержка времени принимается 12–20 с.


1.4 ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

 

В соответствии с ПУЭ, РЗ от замыканий на землю в обмотке статора с действием на отключение устанавливается на электродвигателях мощностью 2000 кВт и более при токах замыкания на землю более 5 А, а на электродвигателях меньшей мощности – при токах замыкания на землю более 10 А. В эксплуатации, однако, при токах замыкания на землю более 5 А, РЗ от замыканий на землю часто устанавливают на электродвигателях любой мощности, что способствует ограничению их повреждений при замыканиях на землю.

Защита от замыканий на землю реагирует на емкостный ток сети и выполняется с помощью одного токового реле, которое подключается к ТТ нулевой последовательности (ТТНП), установленному на кабеле, питающем двигатель. Применяются ТТНП типов ТЗ, ТЗЛ, ТЗЛМ и др. Описание схемы установки защиты приводилось в главе 6.

В случае, когда питание электродвигателя осуществляется по нескольким параллельным кабелям (двум-четырем), вторичные обмотки ТТНП, надетые на каждый из них, соединяются последовательно или параллельно.

На электродвигателях большой мощности, для питания которых прокладывается больше четырех кабелей, РЗ от замыканий на землю выполняется с одним общим ТТНП типа ТНПШ с подмагничиванием, аналогично защите генераторов.

Ток срабатывания РЗ выбирается на основании тех же соображений, что и для аналогичной РЗ кабельных линий, реагирующих на емкостный ток (50 Гц)

 

Поскольку мощность ТТНП (типов ТЗ, ТЗР и др.) невелика, для обеспечения максимальной чувствительности РЗ от замыканий на землю к каждому типу ТТНП необходимо подбирать токовое реле на определенный ток срабатывания, имеющее соответствующее сопротивление обмотки (реле РТЗ-51, РТЗ-50, РТ-40/0,2 производства ЧЭАЗ). В составе защит УЗА, РС-80, имеется специальный промежуточный трансформатор для подключения ТТНП для защиты от замыканий на землю. Подобные вводы имеются в устройствах защиты ALSTOM серии MiCOM Р120, Р 200, применяемых для защиты двигателей.

В целях уменьшения перенапряжений при замыканиях на землю в сети собственных нужд (СН) энергоблоков ТЭС и АЭС большой мощности, а также повышения чувствительности и селективности действия РЗ электродвигателей 6 кВ и трансформаторов СН 6,3/0,1 кВ, эти сети могут работать с нейтралью, заземленной через резистор. Для этого на каждой секции блочных СН 6,3 кВ устанавливается дополнительный заземляющий трансформатор (ДТ), например типа ТСЗК-63, со схемой соединения обмоток звезда с заземленной нейтралью - треугольник. В нейтраль ДТ включаются параллельно два высоковольтных заземляющих рези-стора, по 200 Ом каждый, изготовленные из специального электротехнического бетона (бетела). При этом, в случае однофазного замыкания на землю в двигателе по его цепи будет протекать активный ток 3I0 = 35ч40 А (достаточный для надежного действия защиты и допустимый по условию ограничения повреждения в двигателе от тока замыкания на землю). Одновременно по цепям неповрежденных элементов, присоединенных к тем же шинам, будут протекать только емкостные токи нулевой последовательности, от которых защиты рассматриваемых присоединений могут быть легко отстроены. Наличие заземляющих резисторов резко снижает вероятность перехода однофазных замыканий на землю в двухфазные и двойные КЗ.

Защита электродвигателя от замыканий на землю, как и ранее, выполняется с помощью токового реле, подключенного к ТТНП и действующего на отключение электродвигателя без выдержки времени. При отказе защиты от замыканий на землю или выключателя на поврежденном присоединении, или при замыкании Кз(1) на шинах секции имеется опасность повреждения заземляющих сопротивлений R в нейтрали дополнительного трансформатора ДТ (рис. 9.7, б). Для исключения этого на ДТ предусматривается защита нулевой последовательности (КА, КТ), действующая с выдержкой времени 0,6 с на отключение трансформатора (линии), питающего секцию 6 кВ.

Запрет АВР при этом не производится.

 

На главную




Rambler's Top100